隨著光伏行業(yè)的不斷發(fā)展，光伏電站的應(yīng)用地從荒無人煙的戈壁大漠到陽(yáng)光燦爛的內(nèi)陸、沿海城市，應(yīng)用環(huán)境的不同造成了光伏電站的發(fā)電效率的差異性。組件的PID效應(yīng)作為影響電站發(fā)電量的重要因素之一，受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。那么PID效應(yīng)的成因和危害是什么？究竟什么方案是抑制PID效應(yīng)最可靠的方法呢？

1、PID效應(yīng)的危害有哪些？

PID效應(yīng)（Potential Induced Degradation）又稱電勢(shì)誘導(dǎo)衰減，是電池組件的封裝材料和其上表面及下表面的材料，電池片與其接地金屬邊框之間的高電壓作用下出現(xiàn)離子遷移，而造成組件性能衰減的現(xiàn)象。

下表為組件PID效應(yīng)測(cè)試前后的參數(shù)及I-V曲線對(duì)比【1】，通過對(duì)比明顯可以看出PID效應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能電池組件的輸出功率影響巨大，是光伏電站發(fā)電量的“恐怖殺手”。



功率對(duì)照表



I-V曲線（PID效應(yīng)測(cè)試前）I—V曲線(PID效應(yīng)測(cè)試后)

2、為什么會(huì)發(fā)生PID效應(yīng)？

通過光伏電池組件廠商和研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)表明，PID效應(yīng)與組件構(gòu)成、封裝材料、所處環(huán)境溫度、濕度和電壓有著緊密的聯(lián)系。

1）太陽(yáng)能電池組件的構(gòu)成

太陽(yáng)能電池組件由玻璃+EVA+電池片+EVA+TPT+邊框構(gòu)成，各個(gè)部分的組成詳見下圖。



太陽(yáng)能電池組件的構(gòu)成

2）PID效應(yīng)發(fā)生的過程

目前對(duì)組件發(fā)生PID效應(yīng)的真正原因說法不一，比較典型的解釋如下：

（1）潮濕、高溫的環(huán)境容易產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣通過封邊硅膠或背板進(jìn)入組件內(nèi)部；

（2）EVA（乙烯—醋酸乙烯共聚物）的酯鍵在遇到水后發(fā)生反應(yīng)，生成可自由移動(dòng)的醋酸；



EVA水解反應(yīng)方程式

（3）醋酸和玻璃中的純堿（Na2CO3）反應(yīng)將Na+析出，在電池內(nèi)部電場(chǎng)作用下移動(dòng)至電池表面，造成玻璃體電阻降低；



Na+的析出及移動(dòng)過程

（4）經(jīng)過美國(guó)NERL（國(guó)家能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室）的研究無論采用任何技術(shù)的P型晶硅電池片，組件在負(fù)偏壓下均有發(fā)生電勢(shì)誘導(dǎo)衰減的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)楣夥嚵械慕M件邊框通常都是接地的，造成單個(gè)組件和邊框之間形成偏壓，所以越靠近負(fù)極輸出端的組件承受負(fù)偏壓現(xiàn)象越明顯。



電池板在陣列中的位置和偏壓形成的關(guān)系

（5）在負(fù)偏壓的作用下，漏電流通路因此形成，漏電流由電池片→EVA→玻璃表面→邊框→支架，最終流向大地。


負(fù)偏壓作用下漏電流路徑【2】

（6）在漏電流的作用下，帶正電的載流子穿過玻璃，通過邊框流向地面，使得負(fù)電荷在電池片表面堆積，吸引光電載流子（空穴）流向N型硅的表面聚集起來，而不是像正常狀態(tài)下一樣流向正極（P極）。這種表面極化現(xiàn)象而引起的輸出功率衰減就是PID效應(yīng)。

3、如何抑制PID效應(yīng)的發(fā)生？

了解到PID效應(yīng)對(duì)光伏電站發(fā)電量的巨大影響，抑制PID效應(yīng)更加刻不容緩。根據(jù)對(duì)PID效應(yīng)的分析可以得出兩種處理方案，一種是從組件側(cè)考慮，另一種是從逆變器側(cè)考慮，具體方案如下：

1）從組件側(cè)考慮：

（1）采用非Na、Ca玻璃提高玻璃的體電阻，阻斷漏電流通路的形成；

（2）采用非乙烯—醋酸乙烯共聚物的封裝材料。

特點(diǎn)：從材料上抑制PID效應(yīng)，安全、可靠，但非Na、Ca玻璃的成本高昂。另外新材料的穩(wěn)定性問題也是未知數(shù)，目前無法推廣應(yīng)用。

2）從逆變器側(cè)考慮：

采用組件負(fù)極接地的方式，防止負(fù)偏壓造成的漏電流形成。



負(fù)偏壓和正偏壓下組件PID效應(yīng)對(duì)比

特點(diǎn)：處置方案簡(jiǎn)便、成本低、效果顯著，但負(fù)極直接接地會(huì)造成安全隱患，威脅電站的正常運(yùn)行和運(yùn)維安全。逆變器負(fù)極接地后，若發(fā)生組件正極接地故障則會(huì)造成電池板短路，而運(yùn)維人員如若接觸到正極則會(huì)發(fā)生電擊危險(xiǎn)，所以負(fù)極接地電路必須具有異常電流監(jiān)測(cè)及分?jǐn)啾Ｗo(hù)系統(tǒng)，方可在抑制PID效應(yīng)的同時(shí)保障電站設(shè)備的運(yùn)行安全。

作為行業(yè)領(lǐng)軍的逆變器設(shè)備研發(fā)、制造企業(yè)，特變電工不斷突破自我，創(chuàng)新求變，通過對(duì)PID效應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)研究和積累，研發(fā)出一套能夠可靠抑制PID效應(yīng)的解決方案，它既能夠保障負(fù)極接地的可靠性，又能使逆變器具備完善的保護(hù)功能，被稱為防PID效應(yīng)套件。

防PID效應(yīng)套件簡(jiǎn)介

防PID效應(yīng)套件是由絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和接地保護(hù)系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，工作原理如下：

絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：假設(shè)電池板PV+對(duì)大地的絕緣阻抗為Rx（因負(fù)極接地，故無需監(jiān)測(cè)PV-對(duì)地阻抗）。首先為PV+并聯(lián)已知電阻R1，其次測(cè)量并聯(lián)后PV+對(duì)大地電壓，最后計(jì)算出Rx值。一旦Rx低于閾值時(shí)，逆變器立刻報(bào)警停機(jī)，防止絕緣阻抗過低造成的短路風(fēng)險(xiǎn)。



絕緣監(jiān)測(cè)的原理

接地保護(hù)系統(tǒng)：GFDI（PV Ground-Fault Detector Interrupter）設(shè)備由分?jǐn)嗥骷?高精度傳感器組成，分?jǐn)嗥骷?fù)責(zé)在故障電流出現(xiàn)時(shí)，分?jǐn)嘭?fù)極接地電路；傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)負(fù)極接地電路中的異常電流。當(dāng)檢測(cè)到負(fù)極接地電路中有異常電流通過時(shí)，分?jǐn)嗥骷矔r(shí)切斷負(fù)極接地電路，切斷漏電流通路，保護(hù)運(yùn)維人員安全。



防PID效應(yīng)套件的連接方式

4、結(jié)論

PID效應(yīng)作為光伏電站發(fā)電量的可怕殺手，發(fā)生的根本原因是與環(huán)境因素和組件封裝材料有關(guān)。相信未來組件廠商定能夠找到一種更加可靠的材料，從根源上阻斷PID效應(yīng)的發(fā)生。但是在當(dāng)下，負(fù)極接地?zé)o疑是最可靠的抑制PID效應(yīng)的方法，作為國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的逆變器廠商，特變電工將持續(xù)為客戶提供更加可靠、優(yōu)質(zhì)的解決方案。

特變電工—為光伏行業(yè)的持續(xù)性發(fā)展提供可靠的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

【1】上海交通大學(xué)，金鵬，朱亦鳴；《關(guān)于PID現(xiàn)象對(duì)光伏組件影響的研究》[J] 能源科學(xué)技術(shù)2012.9；

【2】來源于SMA公司宣傳資料。